一种黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验装置及方法

摘要

本发明公开了一种黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验装置，包括固定底盘和安装在所述固定底盘上的圆筒形盛饭容器、动力装置，所述圆筒形盛饭容器的圆筒壁固定在所述固定底盘的上端面上，所述动力装置的转动轴水平穿过圆筒形盛饭容器的一端并延伸至圆筒形盛饭容器的内腔，所述转动轴位于圆筒形盛饭容器内的部分上设有若干个扇叶，所述圆筒形盛饭容器的下圆筒壁内设有吸附介质填装板，所述圆筒形盛饭容器的端面上设有溶液吸光度检测装置，所述溶液吸光度检测装置位于吸附介质填装板的附近。本发明解决难以测定现有黏弹性流体动态吸附量的客观问题，为更为准确构建数学模型奠定基础，为油田聚合物驱数值化技术提供数据和方法支撑。

权利要求

1.一种黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验方法，其特征在于，所述黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验装置包括固定底盘（7）和安装在所述固定底盘（7）上的圆筒形盛饭容器（8）、动力装置（4），所述圆筒形盛饭容器（8）的圆筒壁固定在所述固定底盘（7）的上端面上，所述动力装置（4）的转动轴水平穿过圆筒形盛饭容器（8）的一端并延伸至圆筒形盛饭容器（8）的内腔，所述转动轴位于圆筒形盛饭容器（8）内的部分上设有若干个扇叶（3），其转动轴带动扇叶（3）在圆筒形盛饭容器（8）内沿圆筒壁转动，所述圆筒形盛饭容器（8）的下圆筒壁内设有吸附介质填装板（6），所述圆筒形盛饭容器（8）的端面上设有溶液吸光度检测装置（2），所述溶液吸光度检测装置（2）位于吸附介质填装板（6）的附近；

利用所述实验装置进行黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验方法具体步骤为：步骤1、获取聚合物的吸光强度‑浓度标准曲线；

步骤2、在吸附介质填装板（6）中填充满吸附介质颗粒，再在圆筒形盛饭容器（8）内注入聚合物，并打开动力装置（4），使得扇叶（3）在圆筒形盛饭容器（8）内带动聚合物转动；

步骤3、根据溶液吸光度检测装置（2）检测到聚合物在转动后的实时吸光度；

步骤4、根据实时吸光度以及步骤1获取的吸光强度‑浓度标准曲线得到聚合物的实时浓度；

步骤5、最后根据实时浓度计算得到聚合物的动态吸附量。

2.根据权利要求1所述的一种黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验方法，其特征在于，所述固定底盘（7）上设有支架（5），所述动力装置（4）固定在所述支架（5）上。

3.根据权利要求1所述的一种黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验方法，其特征在于，所述圆筒形盛饭容器（8）的上圆筒壁上设有进液口（1）。

4.根据权利要求1所述的一种黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤为：

A、使用实验盐水分别配制不同浓度的聚合物溶液；

B、称取一定比例的吸附样品分别和不同浓度的聚合物溶液混合；

C、促使聚合物溶液与吸附样品充分接触；

D、利用离心机进行离心分离出吸附样品和聚合物溶液；

E、稀释不同浓度的聚合物溶液，控制浓度在20 160mg/L范围内；

~

F、将稀释好不同浓度的聚合物溶液移至比色皿中，利用紫外分光光度计测定溶液的吸光度，多次测定，求取不同浓度的聚合物溶液各自的吸光度平均值；

G、根据不同浓度的聚合物溶液的吸光度，确定出聚合物的吸光强度‑浓度标准曲线。

说明书

一种黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验装置及方法，属于石油工业设备技术领域。

背景技术

[0002] 黏弹性流体在多孔介质中与固体介质要发生物质交换，具有水动力学尺寸的流体与多孔介质之间也存在着机械捕集，但是吸附滞留是两个不相干的物理/ 化学过程，一个
是具有物理/化学的吸附过程，一个是简单的物理机械捕集过程。而吸附是广泛存在的一种
自然现象，可以发生在任两个界面之间，吸附过程在静态条件和动态条件下均可发生。常用
方法来测量流体吸附是静态和动态方法 (张磊.两亲聚合物‑表面活性剂在岩石矿物上的
吸附滞留特性研究[D].东营: 中国石油大学.2013.)。黏弹性流体在静态条件下吸附量的
测定一般采用浓度差减法，这是一种最常应用的简便、有效的方法‑将预处理过的一定质量
的吸附剂和一定体积已知浓度的驱油剂溶液加入任何可密封的容器中，待吸附达到平衡
后，静态吸附量是由与吸附剂样品混合前后的溶液浓度差异来决定的。另一种方法是岩心
驱替动态流动条件下吸附的测量，该方法测得的吸附量是随时间变化的，包括循环方法和
流动方法。循环方法适用于研究石英砂岩上的吸附动力学，测量吸附/解吸附等温线，以及
研究一些因素对石英砂岩上平衡吸附密度的影响，包括盐的类型和浓度以及循环速率
(Baojun Bai,Yongfu Wu,Reid B.Grigg. Adsorption and Desorption Kinetics and 
Equilibrium of Calcium  Lignosulfonate on Dolomite Porous Media[J]
.J.Phys.Chem.C,2009,113(31):1‑8)；而流动方法主要用于研究多孔介质中的解吸附
(Reid B.Grigg,Baojun Bai.Calcium lignosulfonate adsorption and desorption on 
Berea sandstone.Journal of Colloid and Interface Science,2004,279:36‑45)。静态
实验研究成熟，但是对于动态吸附的研究，往往是应用流动法笼统研究动态滞留量，而动态
滞留量实际是动态吸附和机械补集与孔喉滞留的整体呈现(赖南君,张艳,赵旭斌,等.超支
化聚合物在多孔介质上的吸附滞留特征[J].化学研究与应用,2016,28(3):360‑365；Li,
Q.Z.,Pu,W.F., Wei,B.,et al.Static adsorption and dynamic retention of an 
anti‑salinitypolymer in lowpermeability sandstone core[J].Journal of Applied 
Polymer Science,2017, 134(8):1‑8)。鉴于动态吸附和动态滞留的难以区分，Zhang和
Seright(Zhang G.Z., Seright R.S.,Effect of Concentration on HPAM Retention in 
Porous Media[J].SPE journal,2014,7:373‑378.)通过研究HPAM溶液浓度对吸附滞留特
征的影响中，采用不同于常规静态吸附的实验手段，在6rad/min旋转流动的溶液里测定的
吸附量，得到认识稀溶液和浓溶液的吸附不受到浓度的影响，半浓溶液受到溶液的影响。而
且吸附过程是瞬时的，不可逆的；而且在石英砂表面吸附后，后续的再吸附作用相对较弱。

[0003] 综上所述可以发现，并没有一种方式有效的区分了黏弹性流体在介质表面的动态吸附和动态滞留。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术中的缺点，本发明提供一种黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验装置及方法，本发明可以有效区别黏弹性流体的动态吸附和滞留，为流体在多孔介质
中的渗流特征分析提供分析方法。

[0005] 本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验装置，包括固定底盘和安装在所述固定底盘上的圆筒形盛饭容器、动力装置，所
述圆筒形盛饭容器的圆筒壁固定在所述固定底盘的上端面上，所述动力装置的转动轴水平
穿过圆筒形盛饭容器的一端并延伸至圆筒形盛饭容器的内腔，所述转动轴位于圆筒形盛饭
容器内的部分上设有若干个扇叶，其转动轴带动扇叶在圆筒形盛饭容器内沿圆筒壁转动，
所述圆筒形盛饭容器的下圆筒壁内设有吸附介质填装板，所述圆筒形盛饭容器的端面上设
有溶液吸光度检测装置，所述溶液吸光度检测装置位于吸附介质填装板的附近。

[0006] 进一步的技术方案是，所述固定底盘上设有支架，所述动力装置固定在所述支架上。

[0007] 进一步的技术方案是，所述圆筒形盛饭容器的上圆筒壁上设有进液口。

[0008] 一种黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验方法，具体包括以下步骤：

[0009] 步骤1、获取聚合物的吸光强度‑浓度标准曲线；

[0010] 步骤2、在吸附介质填装板中填充满吸附介质颗粒，再在圆筒形盛饭容器内注入聚合物，并打开动力装置，使得扇叶在圆筒形盛饭容器内带动聚合物转动；

[0011] 步骤3、根据溶液吸光度检测装置检测到聚合物在转动后的实时吸光度；

[0012] 步骤4、根据实时吸光度以及步骤1获取的吸光强度‑浓度标准曲线得到聚合物的实时浓度；

[0013] 步骤5、最后根据实时浓度计算得到聚合物的动态吸附量。

[0014] 进一步的技术方案是，所述步骤1的具体步骤为：

[0015] A、使用实验盐水分别配制不同浓度的聚合物溶液；

[0016] B、称取一定比例的吸附样品分别和不同浓度的聚合物溶液混合；

[0017] C、促使聚合物溶液与吸附样品充分接触；

[0018] D、利用离心机进行离心分离出吸附样品和聚合物溶液；

[0019] E、稀释不同浓度的聚合物溶液，控制浓度在20～160mg/L范围内；

[0020] F、将稀释好不同浓度的聚合物溶液移至比色皿中，利用紫外分光光度计测定溶液的吸光度，多次测定，求取不同浓度的聚合物溶液各自的吸光度平均值；

[0021] G、根据不同浓度的聚合物溶液的吸光度，确定出聚合物的吸光强度‑浓度标准曲线。

[0022] 进一步的技术方案是，所述步骤5中的计算公式为：

[0023]

[0024] 式中：Γ为吸附量，表示每克吸附介质吸附聚合物的量，μg/g；v为聚合物溶液的体积，mL；C0为聚合物溶液的初始浓度，mg/L；Ce为吸附平衡后聚合物溶液的浓度，mg/L；G为吸
附介质的质量，g。

[0025] 本发明具有以下有益效果：本发明解决难以测定现有黏弹性流体动态吸附量的客观问题，为更为准确构建数学模型奠定基础，为油田聚合物驱数值化技术提供数据和方法
支撑。

附图说明

[0026] 图1为本发明的主视结构示意图；

[0027] 图2为本发明的左视结构示意图。

具体实施方式

[0028] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术
人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0029] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、
“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0030] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以
是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员
而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0031] 此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

[0032] 如图1和2所示，本发明的一种黏弹性流体在介质表面动态吸附的实验装置，包括固定底盘7和安装在所述固定底盘7上的圆筒形盛饭容器8、动力装置 4，所述圆筒形盛饭容
器8的圆筒壁固定在所述固定底盘7的上端面上，所述动力装置4的转动轴水平穿过圆筒形
盛饭容器8的一端并延伸至圆筒形盛饭容器8 的内腔，所述转动轴位于圆筒形盛饭容器8内
的部分上设有若干个扇叶3，其转动轴带动扇叶3在圆筒形盛饭容器8内沿圆筒壁转动，所述
圆筒形盛饭容器8 的下圆筒壁内设有吸附介质填装板6，所述圆筒形盛饭容器8的端面上设
有溶液吸光度检测装置2，所述溶液吸光度检测装置2位于吸附介质填装板6的附近，所述固
定底盘7上设有支架5，所述动力装置4固定在所述支架5上，所述圆筒形盛饭容器8的上圆筒
壁上设有进液口1。

[0033] 本实施例的工作流程如下：①配制目标浓度药品，放置在上述圆筒形盛饭容器8中；②在吸附介质填装板6上装填目标吸附介质；③调整变频驱动，设计目标速度旋转流体；
④旋转搅动一定时间后溶液吸光度检测装置2测量到溶液的吸光度，根据溶液的吸光度确
定溶液浓度，对比没有搅动的流体浓度，判断有效浓度损失，进而确定吸附量。

[0034] 上述实施例具体包括以下步骤：

[0035] 步骤1、使用实验盐水分别配制不同浓度的聚合物溶液；

[0036] 步骤2、称取一定比例的吸附样品分别和不同浓度的聚合物溶液混合；

[0037] 步骤3、促使聚合物溶液与吸附样品充分接触；

[0038] 步骤4、利用离心机进行离心分离出吸附样品和聚合物溶液；

[0039] 步骤5、稀释不同浓度的聚合物溶液，控制浓度在20～160mg/L范围内；

[0040] 步骤6、将稀释好不同浓度的聚合物溶液移至比色皿中，利用紫外分光光度计测定溶液的吸光度，多次测定，求取不同浓度的聚合物溶液各自的吸光度平均值；

[0041] 步骤7、根据不同浓度的聚合物溶液的吸光度，确定出聚合物的吸光强度‑ 浓度标准曲线；

[0042] 步骤8、在吸附介质填装板6中填充满吸附介质颗粒，再在圆筒形盛饭容器 8内注入聚合物，并打开动力装置4，使得扇叶3在圆筒形盛饭容器8内带动聚合物转动；

[0043] 步骤9、根据溶液吸光度检测装置2检测到聚合物在转动后的实时吸光度；

[0044] 步骤10、根据实时吸光度以及步骤7获取的吸光强度‑浓度标准曲线得到聚合物的实时浓度；

[0045] 步骤11、最后根据实时浓度计算得到聚合物的动态吸附量；

[0046]

[0047] 式中：Γ为吸附量，表示每克吸附介质吸附聚合物的量，μg/g；v为聚合物溶液的体积，mL；C0为聚合物溶液的初始浓度，mg/L；Ce为吸附平衡后聚合物溶液的浓度，mg/L；G为吸
附介质的质量，g。

[0048] 通过动态吸附的实验装置测试了不同浓度的AP‑P4聚合物溶液在不同搅拌速率下的动态吸附量，对比了其在静态条件下的吸附量特征。实验条件和结果如下：

[0049] 实验盐水：氯化钠3000mg/L的实验盐水，氯化钠；

[0050] 实验温度：20℃；

[0051] 实验聚合物：疏水缔合聚合物(AP‑P4)；

[0052] 石英砂：磨圆度较好的酸洗石英砂，SiO2含量超过99％；

[0053] 具体实验步骤：A使用实验盐水分别配制目标浓度的聚合物溶液；B称取一定比例的石英砂和聚合物溶液；C促使聚合物溶液与砂样充分接触；D取出样品，利用离心机进行离
心分离出砂样和聚合物溶液；E稀释聚合物溶液，控制浓度在 20～160mg/L范围内；F将稀释
好的聚合物样品移至比色皿中，利用紫外分光光度计测定溶液的吸光度，多次测定，求取平
均值；G得到溶液吸光强度后，通过浓度标准曲线计算出聚合物溶液的浓度。

[0054] 通过实验步骤，测定出聚合物的标准曲线y＝0.0191x‑0.3031。

[0055] 实验结果如表1所示：随着聚合物溶液的运动强度增加，聚合物在多孔介质表面的吸附能力是呈现下降趋势的。该装置能够测定出较为准确的动态吸附特征。

[0056] 表1不同聚合物的吸附量变化

[0057]

[0058] 以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围
内，可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱
离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等
同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。